数据库技术及应用教学大纲数据库技术及应用马忠贵清华大学出版社.docx

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数据库技术及应用教学大纲数据库技术及应用马忠贵清华大学出版社

数据库技术及应用教学大纲

课程名称：

数据库技术及应用

课程编号：

4050218

课内总学时：

48

学分：

4

讲授学时：

36

实验学时：

12

先修课程：

数据结构、Java程序设计

开课学期：

第5或第6学期

开课专业：

计算机与通信工程学院所有专业

一、课程目标

数据库技术是研究数据库的结构、存储、设计、管理和使用的一门学科，已广泛应用到工农业生产、商业、行政管理、科学研究、教育、工程技术和国防军事等各行各业，而且已围绕数据库技术形成了一个巨大的软件产业，即数据库管理系统和各类工具软件的开发与经营。

数据库的建设规模、应用深度已成为衡量一个国家信息化程度的重要标志，数据资源和数据库高新技术已经成为世界各国极为重要的优先发展战略。

在市场需求的驱动下，数据库技术及应用已成为当前高等院校计算机专业的必修课程、非计算机专业选修的核心课程之一。

本课程采用数据库基本理论与实际应用相结合的原则，在注重理论性、系统性、科学性的同时，兼顾培养读者的自主创新学习能力。

为此，通过目前最流行的数据库管理系统SQLServer2016和MongoDB的学习，掌握数据库技术的基本原理，并使用目前比较流行的高级程序设计语言Java开发具体的应用系统，使学生具有初步分析实际数据库应用的能力，培养学生的综合实践与创新能力。

本课程培养学生分析问题、解决问题的基本能力，培养工程实践型人才，为其今后在相关领域开展工作打下坚实的基础。

将关系数据库和非关系型数据库结合起来进行介绍。

本课程用通俗的语言将抽象的数据库理论具体化，结合目前最流行的数据库管理系统（SQLServer2016和MongoDB）对照讲述数据库的基本理论与应用。

通过数据分析、处理及解决问题的学习和训练，掌握数据库有关基本知识、基本技术及应用，提高运用数据库技术解决实际应用问题的知识、素质和能力，为以后的学习和工作奠定重要基础。

具体来说，本课程拟达到的教学目标包括：

（1）如何科学地组织数据和存储数据的理论和方法；

（2）如何高效地检索数据和处理数据，掌握基础的Transact-SQL的单表和多表的查询语句；

（3）数据库设计。

通过数据库技术的学习，强化计算机应用能力，激发学生学习计算机的兴趣和热情。

二、课程教学基本要求

1．课程重点

本课程的重点是掌握数据库的基本概念和理论、数据模型及概念模型、关系数据库、关系数据库标准语言、关系数据库理论、熟悉SQLServer2016和MongoDB的各主要组件、掌握SQLServer2016和MongoDB关于数据库和表的简单管理、掌握基础的Transact-SQL的单表和多表的查询语句、独立进行简单数据库的设计。

2．课程难点

关系数据库规范化理论和数据库的设计。

三、课程主要教学内容与教学方法

（一）课堂教学（36学时）

1．数据库基础知识（2学时）

（1）概述数据库的基本概念，包括数据、信息、数据处理、大数据、数据库、数据库管理系统、数据库系统等，并描述了大数据的特征及其作用。

（2）介绍数据库系统的组成：

一般由数据库、数据库管理系统（及其开发工具）、应用系统、数据库管理员和用户构成管理系统的功能与组成。

（3）介绍数据库系统的三级模式结构和二级映像功能：

数据库系统中，数据具有三级模式结构的特点，由外模式、模式、内模式组成。

数据独立性是数据库系统的重要特性，是通过数据库系统的二级映像（外模式/模式映像、模式/内模式映像）功能来实现的，使数据库中的数据具有较高的逻辑独立性和物理独立性。

2．数据模型（4学时）

（1）数据模型的概念及类型，组成数据模型的三个要素（数据结构、数据操作、数据完整性约束）。

（2）概念模型：

用于信息世界的建模，E-R图是这类模型的典型代表，E-R图简单、清晰，应用十分广泛。

（3）逻辑模型：

逻辑模型的发展经历了非关系化模型（层次模型、网状模型）、关系模型，面向对象模型，目前再一次转向非关系模型（关键字-值模型、列存储模型、文档模型和图存储模型）。

关系模型的数据结构是二维表，基本概念包括：

关系、关系模式、属性、域、元组、分量、超关键字、候选关键字和外部关键字等。

（4）物理模型。

（5）关系数据模型的集合论定义

（6）关系模型的完整性约束：

实体完整性、域完整性、参照完整性、用户定义完整性。

（7）关系代数和关系演算：

关系操作包括传统的集合运算和专门的关系运算。

传统的集合运算有：

并、交、差、笛卡儿积等。

专门的关系运算有：

选择、投影、连接和除。

3．SQLServer2016数据库基础（2学时）

（1）简要介绍SQLServer2016的服务器组件、主要管理工具以及数据库的存储结构。

（2）重点介绍SQLServerManagementStudio使用。

如果想要使用某个SQLServer2016服务器所提供的资源，首先必须要保证相关的服务已启动，并已经成功登录。

SQLServer2016支持包括4种身份验证模式，即Windows身份验证、SQLServer身份验证、活动目录密码身份验证、活动目录集成身份验证。

（3）介绍Transact-SQL程序设计基础，包括SQLServer标识符命名规范、SQLServer2016支持的数据类型、常量、变量、运算符、函数、表达式等，为后续章节的学习打下了良好的基础。

4．关系数据库标准语言SQL（8学时）

（1）SQL的三级模式结构：

外模式对应视图、模式对应基本表，内模式对应存储文件。

（2）SQL的数据定义：

CREATE、DROP、ALTER。

SQL的数据定义包括对数据库、基本表、视图、索引的创建和管理。

学会使用SQLServerManagementStudio和Transact-SQL语句2种方式来创建、修改和删除数据库，这是建立表、视图等数据库对象的基础。

创建一个数据库，仅仅是创建了一个空壳，它是以model数据库为模板创建的，因此其初始大小不会小于model数据库的大小。

学会使用SQLServerManagementStudio、使用Transact-SQL语句2种方式创建和管理基本表。

在创建基本表时，只需要定义表结构，包括表名、列名、列的数据类型和约束条件等。

在介绍索引的概念、特点、种类的基础上，通过一些典型案例介绍索引的创建、更新及删除等操作方法。

（3）SQL数据查询：

SELECT。

可以分为单表查询和多表查询。

多表查询的实现方式有连接查询和子查询，其中子查询可分为相关子查询和非相关子查询。

在查询语句中可以利用表达式、函数，以及分组操作GROUPBY、HAVING、排序操作ORDERBY等进行处理。

查询语句是SQL的重要语句，要加强学习和训练。

（4）SQL的数据操纵：

INSERT、UPDATE、DELETE。

完成数据的插入、删除、修改等操作。

（5）视图：

在阐述视图的概念、特点、作用等基础上，通过典型案例介绍视图的创建、修改、重命名以及视图查询和视图更新等操作。

（6）SQL的数据控制：

主要包括授权、收回权限和拒绝权限。

5．Transact-SQL程序设计进阶（2学时）

（1）批处理和脚本：

批处理是一次性将多个Transact-SQL语句发送给服务器以完成执行的工作方式，这有助于节省语句的执行时间。

脚本是指存储在文件中的一系列SQL语句，将常用的Transact-SQL语句保存为脚本文件，可方便以后重复使用或复制到其他计算机上执行。

（2）流程控制语句：

掌握顺序、选择、循环等程序结构的流程控制语句。

（3）介绍存储过程与触发器的概念、特点和作用，同时，掌握创建和管理存储过程与触发器的方法与技巧。

6．关系数据库规范化理论（2学时）

（1）关系规范化的提出及其函数依赖：

在数据库中，数据冗余的一个主要原因是数据之间的相互依赖关系的存在，而数据间的依赖关系表现为函数依赖、多值依赖和连接依赖等。

（2）关系模式的规划化：

基本思想是逐步消除数据依赖中不合适的部分，使模式中的各关系模式达到某种程度的“分离”。

即采用“一事一地”的模式设计原则，让一个关系描述一个概念、一个实体或实体间的一种联系。

明确各个范式的概念及其联系。

（3）关系模式规范化步骤及其综合范例，深入理解模式分解。

7．MongoDB数据库基础（4学时）

（1）快速熟悉MongoDB服务器和MongoDBshell。

首先下载并安装了MongoDB，搭建MongoDB环境，学习如何设置配置选项，以控制MongoDB服务器的行为。

（2）从MongoDBshell访问MongoDB。

（3）MongoDB数据库的管理。

（4）MongoDB集合的管理。

（5）MongoDB文档的管理，重点掌握文档的插入、更新、删除和查询等功能。

（6）MongoDB索引的管理。

8．数据库的安全和维护（4学时）

主要介绍数据库保护的基本技术，包括数据库的安全性、完整性、并发控制、以及数据库的备份与恢复技术。

（1）数据库的安全性原理及其在SQLServer2016和MongoDB的实际应用。

（2）数据库的完整性原理及其在SQLServer2016和MongoDB的实际应用。

（3）数据库的并发控制原理及其在SQLServer2016和MongoDB的实际应用，掌握ACID特性和BASE特性。

（4）数据库的备份与恢复技术，以及在SQLServer2016和MongoDB的实际应用。

9．数据库设计（6学时）

（1）数据库设计过程：

需求分析、概念结构设计、逻辑结构设计、物理结构设计、数据库实施、数据库运行与维护。

（2）数据库设计实例：

学生信息管理系统；进、销、存管理信息系统。

10．Java与数据库编程示例（2学时）

（1）Java开发环境的搭建。

（2）使用JDBC访问和操作SQLServer2016和MongoDB数据库。

（3）开发数据库系统的步骤和方法。

（二）实验教学（12学时）

《数据库技术及应用》是一门实践性很强的专业课。

通过课堂教学与上机实践相结合的学习方式，使学生系统地掌握数据库的基本原理和技术，掌握数据库设计方法和步骤，具有设计数据库模式以及开发数据库应用系统的基本能力。

本实验课程以上机实验为主，每个学生独立完成每个实验。

要求学生在实验之前认真预习实验内容及要求，在实验课上未完成的实验可以在课后完成。

每个实验都要求完成相应的实验报告。

本课程实验的主要任务：

（1）通过学习，使学生加深对所学理论知识的理解，具备数据库设计和使用的基本技能。

（2）将实际应用相关问题贯穿每个实验，着重培养学生的数据库设计能力和动手能力，培养良好的实验习惯。

（3）通过验证实验，使学生熟悉并使用SQLServer2016和MongoDB数据库管理系统，掌握如何使用其建立数据库、表、索引、视图，进行数据查询、数据更新、用户权限管理、数据的备份和恢复等内容。

通过综合设计性实验，使学生灵活应用所学知识，按给定要求实现相应系统的数据库设计，基本掌握数据库系统分析、设计的基本方法；掌握使用Java语言开发数据库应用的过程，进一步提高同学分析与解决问题的综合能力。

实验项目汇总表如下：

序号

实验项目

学时

实验类型

1

SQLServer2016管理工具的使用

2

验证

2

数据库和表的创建及维护

2

验证

3

数据库查询

2

验证

4

数据库系统开发

6

综合

合计

12

实验1SQLServer2016管理工具的使用（2学时）

1．实验目的

（1）了解SQLServer2016服务器配置和登录方法。

（2）了解SQLServerManagementStudio的启动以及“对象资源管理器”的使用方法。

（3）掌握SQLServerManagementStudio中常用操作界面和“查询编辑器”的使用方法。

（4）了解数据库、表及其它数据库对象。

2．实验内容

（1）了解SQLServer2016支持的身份验证模式。

（2）练习启动、暂停和关闭SQLServer2016的某一服务器。

（3）了解SQLServerManagementStudio中“对象资源管理器”目录树的结构。

（4）掌握在“查询编辑器”中执行SQL语句的方法。

（5）了解数据库、表及其它数据库对象。

实验2数据库和表的创建及维护（2学时）

1．实验目的

（1）了解SQLServer2016数据库的逻辑结构和物理结构。

（2）熟练掌握在SQLServer2016环境下创建数据库、修改数据库和删除数据库。

（3）熟练掌握在SQLServer2016环境下创建和修改基本表并向表中插入数据，操作的同时理解数据库、基本表、属性、关键字等关系数据库中的基本概念。

（4）掌握在SQLServer2016的SQLServerManagementStudio中对基本表中的数据进行更新操作。

（5）了解各种约束的作用，了解SQLServer2016的常用数据类型。

（6）掌握使用Transact-SQL语句创建数据库和表。

（7）掌握使用Transact-SQL语句对基本表进行插入（INSERT）、修改（UPDATE）和删除（DELETE或TRANCATETABLE）操作。

（8）熟悉使用SQLServer2016的SQLServerManagementStudio进行分离数据库、附加数据库、备份数据库和还原数据库等操作。

2．实验内容

（1）创建数据库

要对数据库用户权限和角色有充分的理解。

能够创建数据库的用户必须是系统管理员，或者是被授权使用CREATEDATABASE语句的用户。

了解两种常用的创建数据库、表的方法，即使用SQLServerManagementStudio直接创建、或使用Transact-SQL的CREATEDATABASE和CREATETABLE语句来创建。

创建数据库必须要确定数据库名、所有者（即创建数据库的用户）、数据库大小（初始大小、最大的大小、是否允许增长及增长方式）和存储数据库的文件。

确定数据库包含哪些表，以及所包含的各表的结构，还要了解SQLServer2016的常用数据类型，以创建数据库中相关的表。

（2）在基本表中插入、修改和删除数据

了解对基本表数据的插入、修改、删除都属于表数据的更新操作。

对表数据的操作可以通过SQLServerManagementStudio进行，也可以由Transact-SQL语句实现。

掌握Transact-SQL中用于对基本表数据进行插入、修改和删除的命令分别是INSERT、UPDATE和DELETE（或TRANCATETABLE）。

要特别注意在执行插入、修改、删除等数据更新操作时，必须保证数据完整性。

使用Transact-SQL语句在对基本表数据进行插入、修改及删除时，比在SQLServerManagementStudio中操作基本表数据更为灵活，功能更强大。

实验3数据库查询（2学时）

1．实验目的

熟练掌握Transact-SQL语言，熟练掌握数据查询中的分组、统计、计算和组合的操作方法。

掌握用Transact-SQL命令创建视图、使用视图和删除视图的方法。

（1）掌握SELECT语句的基本语法和查询条件表示方法。

（2）掌握连接查询的表示。

（3）掌握子查询和嵌套查询的表示。

（4）掌握SELECT语句的统计函数（AVG、SUM、MAX、MIN、COUNT）的使用方法。

（5）掌握SELECT语句的GROUPBY和ORDERBY子句的作用和使用方法。

（6）熟悉视图的概念和作用，掌握视图的创建、查询和修改方法。

2．实验内容

（1）使用Transact-SQL语言实现复杂查询。

（2）使用Transact-SQL语言定义视图。

实验4数据库系统开发（6学时）

1．实验目的

（1）掌握数据库基本原理，理解关系数据库的设计方法，设计一个数据库应用系统，培养学生对所学知识的综合运用的能力。

（2）掌握用Java语言开发平台Eclipse作为开发工具，SQLServer2016和MongoDB作为后台数据库进行数据库应用系统的开发步骤，实现增加、修改、删除和查询等功能，培养学生的动手实践能力。

2．实验内容

用SQLServer2016和MongoDB实现一个你较熟悉的管理信息系统（例如：

教学管理系统、销售管理系统、图书管理系统、社交网络）的数据库设计和应用。

完成以下5项内容：

（1）数据库设计：

系统分析、概念设计、逻辑设结构计、物理设计；

（2）设计E-R图；

（3）设计系统的关系数据模型和文档模型；

（4）建立数据库和数据库中的各种对象。

（5）使用Java语言实现该管理信息系统的增加、修改、删除和查询等功能。

（三）教学方法

在教学方法上，将课堂教学、实验教学、课程研讨、网络教学等有机地结合起来，并充分利用多媒体教学手段提高教学效率和教学效果。

在教学过程中，注重基本理论、基本概念和基本方法的讲解，在较普遍的意义上来阐明数据库设计的过程。

促进学生的学习积极性，激发学生的潜能。

在传授学生课程知识的同时，注重学生认知能力、自主学习能力和科研素质的培养；注重培养学生动手能力和创新意识。

1．课堂教学：

多媒体课件与板书结合；

在课堂教学中，遵循“少、精、宽”的原则，重点讲解数据库技术的基本原理、基本概念与实际应用，理论联系实际。

以能力培养为导向，注重理解（非记忆）思想、方法并能应用于解决实际问题。

注重教学方法和教育心理，采用启发式教学方法，调动学生的学习积极性，激发学生的潜能。

合理有效地利用多媒体教学手段提高教学效率和教学效果。

2．实验教学

为提高学生应用所学知识和理论的能力，设计了两个大的计算机上机实验，使学生灵活、直观、方便地进行覆盖各知识点的多种实验。

通过实验提高学生综合应用所学知识分析问题和解决的能力，培养合作精神及创新意识，培养良好的科研素质。

实验注重过程和科学方法的训练。

3．课程研讨

在课程研讨中，教师可有针对性的提出问题，更要鼓励学生提出疑难问题，通过引导启发，与学生一起分析研讨，并提出解决方案。

在此过程中，要注重对相关课程知识的综合分析和运用。

也可以是对某些概念、原理、技术、实验方法等学习心得体会的交流，以相互促进，共同提高。

4．网络教学

利用网络资源，提供网络课件，将多种教学方法有机地结合起来，作为课堂教学的延伸和辅助。

四、教材与参考书

教材：

1.马忠贵,王建萍.数据库技术及应用——基于SQLServer2016和MongoDB.清华大学出版社，2019.12.

2.萨师煊,王珊.数据库系统概论（第4版）.高等教育出版社,2006.5.

五、课程考核内容及方式

1．考核内容

（1）知识的理解：

理解数据库系统的基本概念、数据模型、三级模式、两级映像、范式、数据库设计过程等，能对给定问题用自己的语言阐明其要点；

（2）问题分析：

能针对具体的应用背景，设计E-R图；设计相应的数据库及其关系数据模型；建立数据库和数据库中的各种对象。

2．考核方式

课程最终成绩由课程考试（笔试，只针对课堂教学，占70%）与平时成绩（30%）构成。

其中，平时成绩由考勤、课后作业和实验成绩确定。

实验成绩根据实验的实际完成情况和实验报告综合给出。

六、作业

每章均布置一定数量的习题，以加深相关内容的理解。